第一章：

1．试述 Flynn分类的 4 种计算机系统结构有何特点。

2．假设高速缓存Cache 工作速度为主存的5 倍，且 Cache 被访问命中的概率为90%，

则采用 Cache 后，能使整个存储系统获得多高的加速比？

3．某工作站采用时钟频率为 15 MHz、处理速率为 10 MIPS 的处理机来执行一个已知混合程序。假定每次存储器存取为 1 周期延迟，试问：

1)此计算机的有效 CPI 是多少？

2)假定将处理机的时钟提高到30 MHz，但存储器子系统速率不变。这样，每次存储器

存取需要两个时钟周期。 如果 30%指令每条只需要一次存储存取， 而另外 5%每条需要两次存储存取，并假定已知混合程序的指令数不变， 并与原工作站兼容， 试求改进后的处理机性能。

4．处理机的时钟30 MHz

(1)计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均(2)根据( 1)所得 CPI，计算相应的 MIPS 速率。

CPI。

1、 解释图中各控制信号的作用。

2、各流水级存放控制信号的流水线寄存器有何异同？

3、设流水线模型机采用load 前推和数据前推，按时钟周期画出以下指令序列的时序图，标

示出前推示意。

load r2, 12(r3)

addi r4, r2, 10

andr1, r2, r4

store r1, 10(r5)

4、给出节PPT中图的 BDEPEN控制信号的真值表。

半期：

1、

FPMUL对系统性能提高更大。假定

FPMUL操

试分析采用哪种设计方案实现求浮点数除法

作占整个测试程序执行时间的15%。

一种设计方案是增加专门的

FPMUL硬件，可以将

FPMUL操作的速度加快到

10 倍；

另一种设计方案是提高所有

FP 运算指令的执行速度， 使得 FP指令的执行速度加快为原

来的倍，设 FP 运算指令在总执行时间中占

40%。( 3 分)

解： 对这两种设计方案的加速比分别进行计算。

增加专门 FPDIV 硬件方案： F = 15% =

， S

e

= 10

e

S

FPDIV = 1/(+10)=1/ =

提高所有 FP 运算指令速度方案： Fe = 40% =

， S e =

SFP = 1/(+ = 1/ =

增加专门 FPDIV 硬件方案的加速比更高，对系统性能提高更大。

2. 设流水线模型机结构如下图所示，

采用 load 前推和数据前推 (包括 store 指令)。假设模

型机使用 subicc

指令，它将根据减法结果设置标志寄存器

Z 的内容为 0 或为 1；其它的 ALU

计算指令不影响

Z。指令 bne 的控制相关处理采用插入

nop 指令的策略。( 7 分)

带有内部前推及

load 相关暂停功能的流水线处理机

设有以下指令序列：

Lop： load r1, 100(r3)

addi

r2, r1, 10

store r2, 100(r3)

subicc

r5, r5, 1

bne

r5,lop

；如果 r5

的内容不为 0，则转 Lop

(1)

按时钟周期画出以上指令序列第

1 次循环执行及转移到 “ load r1,

100(r3) ”指令，

在模型机中执行的时序图，标出内部前推示意。

(3 分)

(2)

如果以上指令序列在流水线

CPU执行，当第

2 条指令“ addi r2,

r1, 10”进入 EXE

级时，试给出

ADEPEN、 BDEPEN信号的值、 WB级信号 SLD的值。( 2 分)

ADEPEN =

BDEPEN =

SLD=

(3)

设模型机采用延迟转移，调整以上指令序列的顺序，使得指令序列在模型机中执行

时只有最小停顿，写出调整后的指令序列(不需要画时序图)

。(2 分)

解：( 1)

Storer3,100,r2 addMEM

(2) ADEPEN = 3 或( 11)BDEPEN = 1或( 01) SLD=1

3)

Lop： load

r1, 100(r3)

subicc

r5, r5, 1

addi r2, r1, 10

bne

r5,lop

store

r2, 100(r3)

第四章：

1、浮点流水线延迟如PPT例 4-1 ，将下面的循环展开并进行指令调度，直到没有任何延迟。

LOOP: LD F0,0(R1);

MULD F0,F0,F2;

LD F4,0(R2);

ADDD F0,F0,F4;

SD F0,0(R2);

DSUBI R1,R1,#8;

DSUBI R2,R2,#8;

BNEZ R1, R0 ， LOOP;

2、 按 PPT 例 4-4

中的一段指令代码和记分牌信息初始状态，试给出

SUBD指令写结果前各

记录表的状态。

LD

F6 , 34